课件9：生态系统的一般特征.ppt

第九章生态系统的一般特征,第九、十、十一章是生态系统篇，通过对生态系统结构、功能的介绍，使学生了解生态系统中的能量流动与物质循环、发展趋势以及自我调节机制等。生态系统研究是现代生态学研究的主流，当前全球所面临的重大资源与环境问题的解决，都依赖于对生态系统结构与功能、多样性与稳定性以及生态系统的演替、受干扰后的恢复能力和自我调节能力等问题的研究。,第一节生态系统的基本概念,生态系统的概念,生态系统(ecosystem)就是在一定空间中共同栖居着的所有生物(即生物群落)与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。,生态系统主要在于强调一定地域中各种生物相互之间、它们与环境之间功能上的统一性。生态系统主要是功能上的单位，而不是生物学中分类学的单位。生态系统包括生物群落及其无机环境，它强调的是系统中各个成员的相互作用，所以几乎是无所不包的生态网络。事物普遍联系法则本是辩证唯物主义哲学的第一个基本原理，从这个意义上讲，生态学又是一种哲学。近年来，无论是国内还是国外，又把自然生态系统进一步扩展为包括经济系统和社会系统的复合生态系统。,第二节生态系统的组成与结构,三、消费者,所谓消费者是针对生产者而言，即它们不能从无机物质制造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质，因此属于异养生物。消费者按其营养方式上的不同又可分为：(1)食草动物(herbivores)：是直接以植物体为营养的动物。在池塘中有两大类，即浮游动物和某些底栖动物，后者如环节动物，它们直接依赖生产者而存在。草地上的食草动物，如一些食草性昆虫和食草性哺乳动物。食草动物可以统称为一级消费者(primaryconsumer)。,(2)食肉动物(Carnivores)：即以食草动物为食者。例如，池塘中某些以浮游动物为食的鱼类，在草地上也有以食草动物为食的捕食性鸟兽。以食草性动物为食的食肉动物可以统称为二级消费者(secondaryconsumers);(3)大型食肉动物或顶食肉动物(topcarnivores)：即以食肉动物为食者。例如，池塘中的黑鱼或桂鱼，草地上的鹰隼等猛禽。它们可统称为三级消费者(tertiaryconsumers)。,四、分解者,分解者是异养生物，其作用是把动植物残体的复杂有机物分解为生产者能重新利用的简单化合物，并释放出能量，其作用正与生产者相反。分解者在生态系统中的作用是极为重要的，如果没有它们，动植物尸体将会堆积成灾，物质不能循环，生态系统将毁灭。分解作用不是一类生物所能完成的，往往有一系列复杂的过程，各个阶段由不同的生物去完成。池塘中的分解者有两类：一、类是细菌和真菌，另一类是蟹、软体动物和蠕虫等无脊推动物。草地中也有生活在枯枝落叶和土壤上层的细菌和真菌，还有求应蚯蚓、瞒等无脊椎动物，它们也在进行着分解作用。,一般把自养生物的生产过程称为初级生产(primaryProduction，或译第一性生产)，其提供的生产力称为初级生产力(Primaryproductivity)，而把异养生物再生产过程称为次级生产(secondaryproduction，或译第二性生产)，提供的生产力称为次级生产力(secondaryproductivity)。分解者的主要功能与光合作用相反，把复杂的有机物质分解为简单的无机物，可称为分解过程。生产者、消费者和分解者三个亚系统，加上无机环境系统(图中简化为无机营养物质和CO2)。都是生态系统维持其生命活动所必不可少的成分。由生产者、消费者和分解者这三个亚系统的生物成员与非生物环境成分间通过能流和物流而形成的高层次的生物组织，是一个物种间、生物与环境间协调共生，能维持持续生存和相对稳定的系统。,第三节食物链和食物网,生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序称为食物链(foodchain)。水体生态系统中的食物链如：浮游植物浮游动物食草性鱼类食肉性鱼类。食物链被此交错连结，形成一个网状结构，这就是食物网(foodweb)。图9-3是一个陆地生态系统的部分食物网。,图9-3一个陆地生态系统的部分食物网,生态系统中，一般均有两类食物链，即牧食食物链(grazingfoodchain)和碎屑食物链(detritalfoodchain)，前者以植食动物吃植物的活体开始，后者从分解动植物尸体或粪便中有机物质颗粒开始。生态系统中的寄生物和食腐动物形成辅助食物链。许多寄生物有复杂生活史，与生态系统中其它生物的食物关系尤其复杂，有的寄生物还有超级寄生组成寄生食物链。,第四节营养级与生态金字塔,食物链和食物网是物种和物种之间的营养关系，这种关系错综复杂，无法用图解的方法完全表示，为了便于进行定量的能流和物质循环研究，生态学家提出了营养级(trophiclevels)的概念。一个营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。例如，作为生产者的绿色植物和所有自养生物都位于食物链的起点,共同构成第一营养级。所有以生产者(主要是绿色植物)为食的动物都属于第二营养级，即食草动物营养级。第三营养级包括所有以食草动物为食的食肉动物。以此类推，还可以有第四营养级(即二级肉食动物营养级)和第五营养级。,生态系统中的能流是单向的，通过各个营养级的能量是逐级减少的，原因是：1、各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量，总有一部分会自然死亡和被分解者所利用；2、各营养级的同化率也不是百分之百的，总有部分变成排泄物，留于环境中，被分解生物所利用；3、各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量，这部分能量变成热能而耗散掉，这一点很重要。生物群落及在其中的各种生物之所以能维持有序的状态，就得依赖于这些能量的消耗。这就是说，生态系统要维持正常的功能，就必须有永恒不断的太阳能的输入，用以平衡各营养级生物维持生命活动的消耗，只要这个输入中断，生态系统便会丧失其功能。,由于能流在通过各营养级时会急剧地减少，传递效率一般为20%左右，所以食物链就不可能太长，生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少有超过六级的。,生态金字塔,能量通过营养级逐级减少，所以如果把通过各营养级的能流量，由低到高划成图，就成为一个金字塔形，称为能量锥体或金字塔(pyramidofenergy)，图94(c)10。同样如果以生物量或个体数目来表示，可能得到生物量锥体pyramidofbiomass)图94(a)(b)和数量锥体(Pyramidofnumbers)图94(d)。三类锥体合称为生态锥体(ecologicalpyramid).,第五节生态效率,生态效率(ecologicalcoefficients)是指各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值，常以百分数表示。,一、常用的几个能量参数,摄取量：摄取量(Ingestion)表示一个生物所摄取的能量。对植物来说，吸收的日光能；对动物来说，代表动物吃进的食物能。同化量:同化量(Assimilation)表示在动物消化道内被吸收的能量,即消费者吸收所采食的食物能。对分解者是指细胞外产物的吸收;对植物来说是指在光合作用中所固定的日光能，常以总初级生产量(GrossProduction)表示。,呼吸量：呼吸量(Respiration)指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量。生产量：生产量(Production)指生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。它以有机物资的形式累积在生物体内或生态系统中。对于植物来说，它是指净初级生产量(NetProduction)。对动物来说，它是同化量扣除维持消耗后的能量，即P=A-R。,二、营养级位之内的生态效率,三、营养级位之间的生态效率,(二)林德曼效率,这是RLLindeman在经典能流研究中提出的，它相当于同化效率、生长效率和消费效率的乘积。但也有学者把营养级间的同化能量之比值视为林德曼效率，即,第六节生态系统的反馈调节和生态平衡,自然生态系统几乎都是开放系统，只有人工建立的、完全封闭的宇宙舱生态系统才可归属于封闭系统，开放系统图95(a)必须依赖于外界环境的输入，如果输入一旦停止，系统也就失去了功能。开放系统如果具有调节其功能的反馈机制(feedbackmechanism)，该系统就成为控制系统图95(b)。所谓反馈，就是系统的输出变成了决定系统未来功能的输入。一个系统，如果其状态能够决定输入，就说明它有反馈机制的存在。图95的(b)就是(a)加进了反馈环以后变成了可控制系统。要使反馈系统能起控制作用，系统应具有某个理想的状态或位置点，系统就能围绕位置点而进行调节，图95(c)表示具有一个位置点的可控制系统。,反馈分为正反馈和负反馈。负反馈控制可使系统保持稳定，正反馈使偏离加剧。例如，在生物生长过程中个体越来越大，在种群持续增长过程中，种群数量不断上升，这都属于正反馈。正反馈也是有机体生长和存活所必需的。但正反馈不能维持稳态，只有通过负反馈控制才能使系统维持稳态。因为地球和生物圈是一个有限的系统，其空间、资源都是有限的，所以应该考虑用负反馈来管理生物圈及其资源，使其成为能持久地为人类谋福利的系统。,生态平衡,由于生态系统具有负反馈的自我调节机制，在通常情况下，生态系统能保持自身的生态平衡。生态平衡是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况，它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定。生态平衡是一种动态平衡，因为能量流动和物质循环总在不间断地进行，生物个体也在不断地进行更新。在自然条件下，生态系统总是朝着种类多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展，直到使生态系统达到成熟的最稳定状态为止。,生态系统的反馈调节：当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，它能够自我调节和维持自己的正常功能，并能在很大程度上克服和消除外来的干扰，保持自身的稳定性。,生态失调与生态危机,生态系统的这种自我调节功能是有一定限度的，当外来干扰因素(如火山爆发、地震、泥石流、雷击、人类修建大型工程、排放有毒物质、喷洒大量农药、人为引入或消灭某些生物等）超过一定限度的时候，生态系统自我调节功能就会受到损害，从而引起生态失调，甚至导致发生生态危机。生态危机是指由于人类盲日活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁到人类的生存。,生态平衡失调的初期往往不容易被人类所觉察，如果一旦发展到出现生态危机，就很难在短期内恢复平衡。为了正确处理人和自然的关系，我们必须认识到整个人类赖以生存的自然界和生物圈是一个高度复